PL210026B1

PL210026B1 - Sposób wytwarzania wysokoporowatego, fosforanowo-wapniowego bioaktywnego tworzywa implantacyjnego

Info

Publication number: PL210026B1
Application number: PL387530A
Authority: PL
Inventors: Zofia Paszkiewicz; Anna Ślósarczyk; Aneta Zima
Original assignee: Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanisława Staszica
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2011-11-30
Also published as: EP2229961A3; PL387530A1; EP2229961A2

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania fosforanowo-wapniowego bioaktywnego tworzywa implantacyjnego, znajdującego zastosowanie do wypełnień ubytków kostnych, wytwarzania nośników leków.

Z polskiego opisu patentowego nr 154957 znany jest sposób otrzymywania ceramicznego tworzywa implantacyjnego, który pozwala na uzyskanie czystego, reaktywnego i porowatego proszku hydroksyapatytowego, z którego formuje się kształtki przeznaczone do implantacji.

Z polskiego opisu patentowego nr 190486 znany jest sposób wytwarzania wysokoreaktywnych proszków fosforanów wapnia, który polega na tym, że wytrąca się jednostopniowo osady fosforanów wapnia, dodając powoli do zawiesiny Ca(OH)2 roztwór H3PO4, przy czym ilość wyjściowych reagentów jest taka, aby stosunek molowy CaO:P2O5 wynosił 1,5:1,66, pH środowiska reakcyjnego utrzymuje się w granicach 5-11, temperaturę w granicach 18-19°C. Równocześnie intensywnie miesza się zawiesinę reakcyjną. Fosforany wapnia wytrącają się w postaci galaretowatych, amorficznych osadów, w których stosunek molowy Ca/P wynosi 1,50-1,66. Osady te poddaje się nastę pnie procesowi dojrzewania przez kilkadziesiąt godzin, w następstwie czego ulegają przemianie w niestechiometryczny hydroksyapatyt, w którego strukturze obecne są jony HPO4^-2. Po odfiltrowaniu, wysuszeniu, rozdrobnieniu, praży się je w temperaturze 700-900°C, uzyskując wysokoreaktywne proszki, będące mieszaniną HAp i TCP lub monofazowy proszek TCP.

Z polskiego opisu patentowego nr 168078 znany jest sposób wytwarzania hydroksyapatytowych granul, który polega na sporządzeniu masy z kalcynowanego proszku hydroksyapatytowego o uziarnieniu poniżej 60 μm w ilości 40-70% wagowych oraz wody destylowanej, zgranulowaniu jej, suszeniu granulatu do 100°C z prędkością 5°C/godzinę, a następnie wypaleniu w temperaturze 1250°C w ciągu 2 godzin.

Z opisu patentowego US 4629464 znane jest tworzywo hydroksyapatytowe w postaci granul, stosowane jako substytut kości, które otrzymuje się poprzez zmieszanie proszku hydroksyapatytowego o uziarnieniu 0,5 μm z proszkiem celulozowym i alkoholem poliwinylowym, po czym mieszaninę granuluje się i spieka w temperaturze około 1350°C.

Z rosyjskiego opisu patentowego RU 2299869 znany jest sposób wytwarzania ceramicznych, porowatych granul bazujących na hydroksyapatycie, znajdujących zastosowanie w urazach kości, ortopedii, chirurgii stomatologicznej. Polega on na tym, że z uprzednio zsyntezowanego proszku fosforanu wapniowego, w którym stosunek Ca/P wynosi 1,5-1,67 i 10% roztworu żelatyny, sporządza się zawiesinę w proporcji 0,5-3 ml roztworu i 1 g proszku w temperaturze 10-39°C po czym zawiesinę dysperguje się w naturalnym oleju roślinnym, miesza się w mieszadle obrotowym. Pod wpływem napięcia powierzchniowego tworzą się sferyczne granule, które przemywa się, suszy, a następnie wypala się w temperaturze 900-1250°C, otrzymując produkt o kontrolowanej wielkości ziaren i porowatości otwartej 20 do 80%.

Z opisu patentowego RU 2303580 znana jest metoda otrzymywania porowatych sferycznych granul hydroksyapatytowych o średnicy 400-600 μm z dwumodalnym rozkładem porów (pory o średnicy: poniżej 10 μm oraz o średnicy powyżej 100 Lim). Formowanie granul prowadzi się poprzez zaprasowywanie pod ciśnieniem 10-100 MPa proszku hydroksyapatytowego z żelatyną, a następnie wypaleniu półproduktów w temperaturze 900-1250°C, przetrzymując w temperaturze maksymalnej przez 30-300 minut.

Ze zgłoszenia US 2007183955 znany jest również sposób otrzymywania granul fosforanowowapniowych polegający na utrzymywaniu pH zawiesiny bruszytu o określonym rozkładzie wielkości cząstek w roztworze wyjściowym na poziomie nie niższym niż 7.0, przez wystarczający okres czasu potrzebny do transformacji bruszytu w hydroksyapatyt.

Z opisu europejskiego patentu EP 1380313 znany jest sposób sporządzania porowatych cząstek lub granul α lub β fosforanu trójwapniowego, bruszytu, pirofosforanu wapnia, hydroksyapatytu lub ich mieszaniny, który polega na tym, że miesza się proszek samowiążącego cementu fosforanu wapnia z proszkiem żelatyny w stosunku 3:0,25 do 1 dodaje roztwór Na2HPO4 i wytwarza pastę, którą natychmiast umieszcza się w strzykawce i wyciska kawałki po kilku minutach. Kawałki te umieszcza się w wodzie destylowanej o temperaturze 37°C na kilka dni, aby rozpuścić żelatynę i umożliwić utworzenie się wzajemnie łączących się porów, po czym prowadzi się obróbkę termiczną w celu wypalenia składników organicznych, chłodzi do temperatury pokojowej, a następnie rozdrabnia przekalcynowane, spieczone kawałki, przesiewa celem uzyskania porowatych granul.

PL 210 026 B1

Znanymi sposobami nie można otrzymać tworzyw mikroporowatych o jednorodnym rozkładzie porów rzędu setnych i dziesiątych części mikrometra, w związku z czym tworzywa te mają ograniczone zastosowanie.

Sposób wytwarzania fosforanowo-wapniowego tworzywa implantacyjnego według wynalazku polega na tym, że zawiesinę żelowatego amorficznego fosforanu wapnia uprzednio zsyntezowanego metodą mokrą, o określonym stosunku molowym Ca/P w zakresie 1,45-1,75, z ewentualnym dodatkiem jonowych modyfikatorów, korzystnie w postaci CO3^-2, Mg⁺², Mn⁺² poddaje się procesowi dojrzewania i sedymentacji, po czym dekantuje i zagęszcza do osadu o wilgotności 75-82%. Tak otrzymany placek filtracyjny suszy się do stałej masy w temperaturze 70-100°C, po czym poddaje się go obróbce mechanicznej, a otrzymany półprodukt wypala się w temperaturze 400-1000°C w czasie 1 do 5 godzin, uzyskując biozgodne, mikroporowate charakteryzujące się porowatością otwartą od 50 do 70% z jednomodalnym rozkładem porów w zakresie od 0,05 do 0,5 μm, jedno lub dwufazowe tworzywo w postaci granul lub kształtek, przy czym w celu uzyskania granul, placek filtracyjny po wysuszeniu, rozdrabnia się i uzyskane granule rozdziela za pomocą sit na frakcje ziarnowe mieszczące się w przedziale 0,1-2 mm, po czym wypala, natomiast w celu uzyskania kształtki implantacyjnej placek po wysuszeniu formuje się odpowiednio, nadając mu żądany kształt, po czym wypala.

Sposobem według wynalazku uzyskuje się mikroporowate tworzywo hydroksyapatytowe, hydroksyapatytowe modyfikowane, hydroksyapatytowo-whitlockitowe, lub whitlockitowe charakteryzujące się porowatością otwartą od 50 do 70% z jednomodalnym rozkładem porów w zakresie od 0,05 do 0,5 μm. To właśnie taki rozkład i wielkość porów pozwala na to, że tworzywo może być stosowane jako samodzielny materiał implantacyjny w substytucji kości, jako nośnik leków, a także jako składnik kompozytowych, preparatów implantacyjnych. Tworzywo otrzymane sposobem wg wynalazku wykazuje dużą zdolność do wchłaniania wilgoci, co stanowi szczególną zaletę w zastosowaniach medycznych.

P r z y k ł a d 1

Zawiesinę uprzednio zsyntezowanego znanym sposobem (np. zgodnie z metodą przedstawioną w polskim opisie patentowym nr 154957) fosforanu wapnia o stosunku molowym Ca/P = 1,67 poddaje się procesowi dojrzewania i sedymentacji w ciągu dwóch dni w temperaturze pokojowej, po czym dekantuje i zagęszcza przez odwirowanie do otrzymania osadu o wilgotności około 80%. Otrzymany placek filtracyjny suszy się do stałej masy w temperaturze 90°C i rozdrabnia w moździerzu do uzyskania ziaren poniżej 0,6 mm. Za pomocą sit wydziela się frakcję 0,3 do 0,5 mm, którą poddaje się obróbce termicznej w temperaturze 800°C w czasie 4 godzin. Tak uzyskane hydroksyapatytowe granule (HAP) o wielkości 0,3-0,5 mm przemywa się wodą destylowaną w celu usunięcia frakcji pylistej, po czym suszy w temperaturze 100°C do stałej masy. Granule charakteryzują się porowatością otwartą P_c - 68%, średnią wielkością porów 0,1 Lim oraz dużą zdolnością wchłaniania wilgoci (płynów ustrojowych, leków w postaci roztworów).

P r z y k ł a d 2

Zawiesinę amorficznego fosforanu wapnia, uzyskaną z syntezy przeprowadzonej sposobem znanym z opisu patentowego 190486 w warunkach gdy stosunek molowy Ca/P wyjściowych reagentów wynosi 1,6 poddaje się procesowi dojrzewania i sedymentacji, a następnie zagęszcza w wirówce do zwartego osadu o wilgotności 78%, a po wyjęciu z pojemnika wirówki suszy się w temperaturze 90°C do stałej masy. Z wysuszonego placka wycina się kształtki o żądanej formie, w celu uzyskania implantów, które następnie wypala się w temperaturze 900°C w czasie 2 godzin. Uzyskane kształtki implantacyjne z dwufazowego tworzywa hydroksyapatytowo-whitlockitowego (HAP-TCP) przemywa się alkoholem etylowym, w celu usunięcia frakcji pylastej, a następnie suszy w temperaturze 100°C do stałej masy. Tworzywo wykazuje porowatość otwartą Pc - 63% i średni rozmiar porów 0,2 L m.

P r z y k ł a d 3

Zawiesinę amorficznego fosforanu wapnia, uzyskaną z syntezy przeprowadzonej metodą mokrą w obecności jonów CO3^-2, przy stosunku molowym Ca/P = 1,70 wyjściowych reagentów, poddaje się procesowi dojrzewania, sedymentacji i dekantacji, a następnie zagęszcza w wirówce do osadu o wilgotności 82%. Otrzymany placek masy suszy się w temperaturze 80°C do stałej masy i rozdrabnia w moździerzu do uzyskania ziaren poniżej 1,2 mm. Za pomocą sit wydziela się frakcję 0,4-1,0 mm, którą poddaje się obróbce termicznej w temperaturze 600°C przez 1 godzinę. Tak uzyskane nieregularne granule na bazie hydroksyapatytu węglanowego (CHAp) o wielkości 0,4-1,0 mm przemywa się wodą destylowaną, po czym suszy w temperaturze 100°C do stałej masy. Tworzywo wykazuje porowatość otwartą Pc - 63%, a średni rozmiar porów wynosi 0,15 L m.

Claims

1. Sposób wytwarzania wysokoporowatego, fosforanowo-wapniowego bioaktywnego tworzywa implantacyjnego, w oparciu o syntezę fosforanów wapniowych metodą mokrą, znamienny tym, że zawiesinę żelowatego amorficznego fosforanu wapnia uprzednio zsyntezowanego metodą mokrą o określonym stosunku molowym Ca/P w zakresie 1,45-1,75 z ewentualnym dodatkiem jonowych modyfikatorów, korzystnie w postaci CO3^-2, Mg⁺², Mn⁺², poddaje się procesowi dojrzewania i sedymentacji, po czym dekantuje i zagęszcza do osadu o wilgotności 75-82%, tak otrzymany placek filtracyjny suszy się do stałej masy w temperaturze 70-100°C, a następnie placek filtracyjny po wysuszeniu, rozdrabnia się i uzyskane granule rozdziela za pomocą sit na frakcje ziarnowe mieszczące się w przedziale 0,1-2 mm, a otrzymany półprodukt wypala się w temperaturze 400-1000°C w czasie 1 do 5 godzin, uzyskując mikroporowate jedno lub dwufazowe tworzywo z jednomodalnym rozkładem porów w zakresie od 0,05 do 0,5 L m.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla uzyskania kształtki implantacyjnej placek po wysuszeniu formuje się odpowiednio, nadając mu żądany kształt, po czym wypala.